目前，激光加工用激光多處于紅外波段。根據(jù)材料吸收激光能量而產(chǎn)生的溫度升高，可以把激光與材料相互作用過程分為如下幾個階段： 一、無熱或基本光學(xué)階段 從微觀上來說，激光是高簡并度的光子，當(dāng)它的功率密度很低時，絕大部分的入射光子被材料中電子彈性散射，這個階段主要物理過程為反射、透射和吸收。由于吸收熱很低，不能用于一般的熱加工，主要研究內(nèi)容屬于基本學(xué)學(xué)范圍。 二、相變點以下加熱階段（T小于Ts） 這里T是加工熱溫度，Ts 為相變點溫度。當(dāng)入射激光強度提高時，入射光子與金屬中電子產(chǎn)生非彈性散射，電子通過“逆韌致輻射效應(yīng)”從光子獲取能量。處于受激態(tài)的電子與聲子相互作用，把能量傳給聲子，激發(fā)強烈的晶格自振動，從而使材料加熱。當(dāng)溫度低于相變點時，材料不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。從宏觀上看，這個階段激光與材料相互作用的主要物理過程是傳熱。 三、在相變點以上，但低于熔點加熱階段 這個階段為材料固態(tài)相變，存在傳熱和質(zhì)量傳遞物理過程。主要工藝為激光相變硬化，主要研究激光工藝參數(shù)與材料特性對硬化的影響。 四、在熔點以上，但低于汽化點加熱階段 激光使材料熔化，形成熔池，熔池外主要是傳熱。熔池內(nèi)存在三種物理過程：傳熱、對流和傳質(zhì)。主要工藝為激光熔凝處理，激光熔覆、激光合金化和激光傳導(dǎo)焊接 五、在汽化點以上加熱階段 出現(xiàn)等離子體現(xiàn)象。激光使材料汽化，形成等離子體，這在激光深熔焊接中是經(jīng)常出到的現(xiàn)象，利用等離子體反沖效應(yīng)，事可以對材料進行沖擊硬化。鋁制產(chǎn)品（鋁汽油濾清）用氬焊或鋁焊與用激光焊接的優(yōu)缺點對比分析 隨著激光焊接的技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展日益成熟，現(xiàn)在被越來越多的行業(yè)從傳統(tǒng)的氬焊、釬焊等的焊接開始轉(zhuǎn)向使用激光焊接。 到底使用激光焊接與傳統(tǒng)的焊接差別在哪？有哪些優(yōu)點及缺點？為什么激光的應(yīng)用與發(fā)展如此迅速？為什么現(xiàn)在企業(yè)都開始考慮使用激光焊接？ 現(xiàn)在就以我個人的一些經(jīng)驗與數(shù)據(jù)來進行分析說明： 第一、 從質(zhì)量的理解有兩個方面的含義: 首先,質(zhì)量特性必須滿足顧客的要求; 其次,質(zhì)量特性形成過程或結(jié)果避免缺陷。 質(zhì)量特性滿足顧客的要求,必須正確定義質(zhì)量,用量化的語言來描述產(chǎn)品質(zhì)量特性,充分考慮利益和成本兩個方面。 這就需要我們根據(jù)產(chǎn)品的使用情況和我們公司內(nèi)部以及行業(yè)水平來定義焊接深度的質(zhì)量水平,太高可能會造成成本的增加,顧客不能接受;太低可能不能滿足使用的要求。因此在多方驗證的前提下,參考行業(yè)水平,我們把焊接深度定義為不小于零件壁厚的0.9倍, 鋁汽油濾清焊接深度定義為不小于1.08MM。 現(xiàn)代質(zhì)量管理的核心特征是:最高顧客滿意度和最低資源成本。優(yōu)化質(zhì)量管理,顧客和企業(yè)可以同時獲得滿意。對顧客而言,是以最可接受的價格及時獲得滿意的產(chǎn)品:對企業(yè)而言,則是以盡可能小的成本和盡可能短的周期實現(xiàn)盡可能大的利潤。在這樣一種情況下我們完全可以利用先進的焊接工藝——激光焊接來實現(xiàn)這個產(chǎn)品的質(zhì)量改善。 第二、 對于鋁制產(chǎn)品在用傳統(tǒng)的焊接工藝時、最大的缺點就是焊接深度不合格，主要原因是未焊合，這樣直接影響到產(chǎn)品的強度及使用壽命。 第三、 用傳統(tǒng)的焊接工藝對產(chǎn)品的焊接密封性難以控制、如鋁制汽油濾清不能漏油、所以焊接出來后，需要進行密封性的檢測，通常會采用試水、吹氣等方法。這樣加大的人工投入成本。 第四、 在傳統(tǒng)的焊接工藝上很難對焊接電流進行控制，電流的略高、略低對焊接出來的產(chǎn)品質(zhì)量有影響。 第五、 由于鋁的熔點低、所以焊接功率要控制相當(dāng)好，太低焊不牢，太高焊熔化了。所以產(chǎn)生的次品也較多，無形中增加了企業(yè)的制造成本。 第六、 傳統(tǒng)的焊接需要輔助材料如鋁條、鋁粉等，目前市場的鋁條價格1KG在55元左右，以鋁濾清為例焊一個就單材料成本需0.25左右。 第七、 傳統(tǒng)焊接出來的產(chǎn)品需要經(jīng)過打磨、所以工序增多、制造費用也增加了 而激光焊接的優(yōu)點就能有效的改善和控制好傳統(tǒng)焊接的一些不足，但用激光焊接的缺點就是激光焊接設(shè)備比較貴、增加了企業(yè)的一次性投入。 第一、 激光焊接對產(chǎn)品的深度控制可以通過設(shè)備的調(diào)整進行控制，有效保證了產(chǎn)品焊接深度的一致性。 第二、 激光焊接由于不需任何填充材料，所以在焊接成本上大大降低了 第三、 激光焊接的密封性能好、焊接能百分百成功所以減少了次品率、減少了試水、檢測環(huán)節(jié) 第四、 激光焊接焊出的產(chǎn)品平整、光滑、所以為產(chǎn)品節(jié)省簡化了打磨環(huán)節(jié) 第五、 激光焊接的速度快、深度大、變形小 激光焊接的具體優(yōu)點： （1）可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦最低。 （2）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數(shù)業(yè)經(jīng)檢定合格，可降低厚板焊接所需的時間甚至可省掉填料金屬的使用。 （3）不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程，機具的耗損及變形接可降至最低。 （4）激光束易于聚焦、對準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引，可放置在離工件適當(dāng)之距離，且可在工件周圍的機具或障礙間再導(dǎo)引，其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發(fā)揮。 （5）工件可放置在封閉的空間（經(jīng)抽真空或內(nèi)部氣體環(huán)境在控制下）。 （6）激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件。 （7）可焊材質(zhì)種類范圍大，亦可相互接合各種異質(zhì)材料。 （8）易于以自動化進行高速焊接，亦可以數(shù)位或電腦控制。 （9）焊接薄材或細徑線材時，不會像電弧焊接般易有回熔的困擾。 （10）不受磁場所影響（電弧焊接及電子束焊接則容易），能精確的對準(zhǔn)焊件。 （11）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩種金屬。 （12）不需真空，亦不需做X射線防護。 （13）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達10:1。 （14）可以切換裝置將激光束傳送至多個工作站。 激光焊接的工藝參數(shù) （1）功率密度。功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對于較低功率密度，表層溫度達到沸點需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在10^4~10^6W/CM^2。 （2）激光脈沖波形。激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題，尤其對于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強度激光束射至材料表面，金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。 （3）激光脈沖寬度。脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。 （4）離焦量對焊接質(zhì)量的影響。激光焊接通常需要一定的離做文章一，因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點的各平面上，功率密度分布相對均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負離焦平面與焊接平面距離相等時，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。實驗表明，激光加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)問分汽化，形成市壓蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時，高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負離焦時，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時，采用負離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。 激光焊接的原理 激光焊接是利用高能量的激光脈沖對材料進行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，激光輻射的能量通過熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴散，將材料熔化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式，激光焊接主要針對薄壁材料、精密零件的焊接，可實現(xiàn)點焊、對接焊、疊焊、密封焊等，深寬比高，焊縫寬度小，熱影響區(qū)小、變形小，焊接速度快，焊縫平整、美觀，焊后無需處理或只需簡單處理，焊縫質(zhì)量高，無氣孔，可精確控制，聚焦光點小，定位精度高，易實現(xiàn)自動化。
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